EP1742342A1 - Spannungsbestimmung - Google Patents

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EP1742342A1
EP1742342A1 EP05405429A EP05405429A EP1742342A1 EP 1742342 A1 EP1742342 A1 EP 1742342A1 EP 05405429 A EP05405429 A EP 05405429A EP 05405429 A EP05405429 A EP 05405429A EP 1742342 A1 EP1742342 A1 EP 1742342A1
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EP
European Patent Office
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voltage
voltages
phase
flying capacitors
capacitors
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05405429A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon Herold
Jürgen Steinke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Schweiz AG filed Critical ABB Schweiz AG
Priority to EP05405429A priority Critical patent/EP1742342A1/de
Publication of EP1742342A1 publication Critical patent/EP1742342A1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083—Converters characterised by their input or output configuration
    • H02M1/009—Converters characterised by their input or output configuration having two or more independently controlled outputs

Definitions

  • the invention relates to the field of power electronics. It relates to a method for determining the voltages of the flying capacitors of a multicell DC voltage inverter.
  • Static frequency converters are widely used to transform electrical energy.
  • the DC voltage inverter which is one of the static frequency converters
  • at least one inner, formed by a capacitor DC voltage source is connected by means of semiconductor switches with a positive or negative sign to the output terminals, thus generating an AC voltage.
  • each voltage will assume all continuous values between a maximum and a minimum
  • the AC voltages generated by a DC voltage inverter are discrete, so that the AC voltage step-shaped and within a period will only accept a certain number of values.
  • the AC voltage generated by the DC inverter can be qualitatively improved by increasing the number of discrete values that it can take during a period. This is done by increasing the number of internal DC voltage sources, which are formed by capacitors, also called flying capacitors, as well as the number of semiconductor switches, with which the individual DC voltage sources with positive or negative signs can be switched to the output terminals.
  • the AC voltage generated is thus the sum of an alternating subset of all capacitor voltages each individual capacitor voltage having a positive or negative sign or not participating in the sum.
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • SMC stacked multicell converter
  • the MC comprises per phase several cells with a capacitor and associated semiconductor switches, wherein in each case one cell of each phase comprises the intermediate circuit capacitor and the said semiconductor switches.
  • SMC there are several stacks per phase with the respective structure of an MC.
  • the structure of an MC and an SMC can be seen in Figures 2 and 3.
  • the DC voltage sources are called flying capacitors. Flying in the MC and SMC states that the potential on which the capacitors are located (not the voltage across the capacitors, but the voltage of one pole of the capacitors to the DC link capacitor) jumps during operation ,
  • topologies with an increased number of internal DC voltage sources are also conceivable in which no flying capacitors are used
  • the individual capacitor voltages do not deviate too much from their rated value. If a deviation of one or more capacitor voltages from their rated value is detected, appropriate measures must be taken immediately to bring the voltages back to their rated value. This can be done for example by a suitable choice of the switching states of the semiconductor switch.
  • the individual capacitor voltages are measured with the aid of voltage sensors and the measured values are transferred to the control of the DC voltage inverter.
  • the number of required sensors corresponds to the number of capacitors used in the DC voltage inverter.
  • An SMC requires one voltage sensor for the DC link and one voltage sensor per cell and phase per stack. An SMC with 2 stacks of 3 cells per phase thus comes to a total of fourteen voltage sensors.
  • the object underlying the present invention is to provide a method for determining the capacitor voltages of all flying capacitors of an MC / SMC using a reduced number of voltage sensors.
  • the object is achieved by calculating the voltages of the flying capacitors of the cells of the MC / SMC from the measured phase voltages, the measured phase currents, the measured intermediate circuit voltages and the respective switching states of the semiconductor switches. According to the invention, this means that direct measurements of the individual capacitor voltages are no longer necessary.
  • the capacitor currents are calculated in a first step for all flying capacitors. From these currents, the capacitor voltages to be determined can then be calculated in a second step by integration. According to the invention, a correction value is to be taken into account before the integration, which in turn is calculated from the measured values.
  • the number of required voltage sensors can be reduced from fourteen to five thanks to the method according to the invention. Only two voltage sensors are needed for the intermediate circuit voltage and one each for the phase voltages. In addition there are the current sensors for the phase currents.
  • Fig. 1 shows a multicell converter (MC) with the three phases 11, 12 and 13 on the AC side.
  • the AC voltage of each phase is generated by selective switching on and off of capacitors as DC voltage sources.
  • the three phases share the intermediate circuit capacitor 16.
  • each phase has two further capacitors, the so-called flying capacitors 14, so that the output voltage of each phase can be formed from a total of three DC voltage sources.
  • each of the capacitors associated semiconductor switch 15 has.
  • Depending on a capacitor and the associated semiconductor switches form a so-called cell 17th
  • the current and voltage sensors indicated in FIG. 1 are required. With the voltage sensor 3, the voltage U 3 across the DC link capacitor 16 is measured. With the voltage sensors 5, 6 and 7, the phase voltages are measured, for example, for the first phase U 5 . With the current sensors 8, 9 and 10 finally, the phase currents are measured, for example for the first phase I 8 . As will be explained in detail below, the voltages of the flying capacitors are calculated on the basis of the measured quantities and the switching states of the semiconductor switches 15.
  • Fig. 2 shows a Stacked Multicell Converter (SMC) with again three phases 11, 12 and 13 on the AC side.
  • the phases are made up of several cells, but these are additionally subdivided into two stacks 18.
  • Each stack comprises its own DC link capacitor 16.
  • the three phases in turn share the DC link capacitors 16.
  • each phase has two flying capacitors 14 per stack, so that the output voltage of each phase can be formed from a total of six DC voltage sources.
  • each of the capacitors associated semiconductor switch 15 has.
  • FIG. 3 shows the signal flow diagram for the first phase of the multicell converter according to FIG. 1.
  • the method according to the invention will now be described in detail.
  • On the left side the input signals of the signal flow diagram are arranged.
  • the output signals of the signal flow diagram, the voltages 23 of the flying capacitors 14 are arranged on the right side.
  • the switching states 19 of all semiconductor switches 15 of the corresponding phase are fed into a table 20.
  • the switching states 19 of the semiconductor switches 15 describe for each instant whether the corresponding switch carries current (switching state is 1) or not (switching state is 0). From the switching states 19 it is determined with the help of the table 20 for all flying capacitors 14 and for the intermediate circuit capacitor 16 with which sign 21 they are involved in the output voltage formation.
  • the capacitor currents I 14 are calculated by multiplication with the negated phase current I 8 (signal 24) of the DC voltage inverter for all flying capacitors.
  • the capacitor voltages U 14 are calculated from these currents by integration. This is an open integration, which means that, without additional measures, the capacitor voltages calculated in this way may differ more and more from the actual capacitor voltages due to small errors in the determination of the capacitor currents or the capacitance tolerances of the capacitors.
  • correction terms 28 are added to the capacitor currents I 14 before the integration.
  • the correction terms are calculated by first multiplying the signs 21 with which the flying capacitors 14 participate in the voltage formation by the capacitor voltages calculated by the integrators 22 and the sign with which the intermediate circuit capacitor 16 contributes to the voltage formation with that by the voltage sensor 3 measured DC link voltage 25 are multiplied. All of the voltages thus determined are then added to a calculated phase voltage which matches the real phase voltage the better, the more accurately the voltages of the flying capacitors 14 are reproduced by the integrators 22.
  • phase voltage error 30 is the smaller, the more accurately the voltages of the flying capacitors 14 are reproduced by the integrators 22.
  • the phase voltage error 30 comes about only through those integrators 22 which calculate a capacitor voltage 23 of a capacitor 14 that is currently involved in the formation of the voltage. Therefore, the phase voltage error 30 multiplied by a correction factor 27 is multiplied by the signs 21 involved in the voltage formation of the flying capacitors.
  • the correction factor 27 indicated in the signal flow diagram at the bottom right allows the intensity of the error correction described here to be additionally changed.
  • the capacitor voltages 23 are calculated from the capacitor currents by integrators 22.
  • ANPCML Active Neutral Point Clamped Multilevel Converters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Die Spannungen der fliegenden Kondensatoren (U14) eines Multicell Converters, eines Stacked Multicell Converters oder eines Active Neutral-Point Clamped Multi-level Converters werden aus den gemessenen Phasenspannungen (U5), den gemessenen Phasenströmen (U5), den gemessenen Zwischenkreisspannungen (U3) und den jeweiligen Schaltzuständen (19) der Halbleiterschalter berechnet.
In einem ersten Schritt werden für alle fliegenden Kondensatoren des mehrzelligen Gleichspannungswechselrichters die Kondensatorströme berechnet. Aus diesen Strömen werden dann in einem zweiten Schritt durch Integration die zu bestimmenden Kondensatorspannungen errechnet. Dabei ist vor der Integration ein Korrekturwert (28) zu berücksichtigen, welcher wiederum aus den gemessenen Werten berechnet wird.
Dadurch sind keine direkten Messungen der einzelnen Kondensatorspannungen mehr nötig.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungselektronik. Sie betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Spannungen der fliegenden Kondensatoren eines mehrzelligen Gleichspannungswechselrichters.
    • Stand der Technik
  • Zur Umformung elektrischer Energie sind statische Frequenzumrichter weit verbreitet. Beim Gleichspannungswechselrichter, welcher zu den statischen Frequenzumrichtern gehört, wird mindestens eine innere, durch einen Kondensator gebildete Gleichspannungsquelle mit Hilfe von Halbleiterschaltern mit positivem oder negativem Vorzeichen an die Ausgangsklemmen geschaltet und so eine Wechselspannung erzeugt. Im Gegensatz zu einem elektrischen Wechselspannungsnetz, in welchem die Spannungen einen sinusförmigen Zeitverlauf aufweisen und somit im Verlauf einer Periode jede Spannung alle kontinuierlichen Werte zwischen einem Maximum und einem Minimum annehmen werden, sind die von einem Gleichspannungswechselrichter erzeugten Wechselspannungen diskret, so dass die Wechselspannung stufenförmig verlaufen und innerhalb einer Periode nur eine bestimmte Anzahl an Werten annehmen wird.
  • Die vom Gleichspannungswechselrichter erzeugte Wechselspannung kann qualitativ verbessert werden, indem die Anzahl der diskreten Werte, welche sie während einer Periode annehmen kann, erhöht. Dies geschieht durch Erhöhen der Anzahl der inneren Gleichspannungsquellen, welche durch Kondensatoren, auch fliegende Kondensatoren genannt, gebildet werden, sowie der Anzahl der Halbleiterschalter, mit welchen die einzelnen Gleichspannungsquellen mit positivem oder negativem Vorzeichen an die Ausgangsklemmen geschaltet werden können. Die erzeugte Wechselspannung wird somit durch die Summe einer wechselnden Untermenge aller Kondensatorspannungen gebildet, wobei jede einzelne Kondensatorspannung mit positivem oder negativem Vorzeichen oder gar nicht an der Summe beteiligt ist.
  • Bekannte Ausführungsvarianten von Gleichspannungswechselrichtern mit erhöhter Anzahl von inneren Gleichspannungsquellen sind die sogenannten Multicell Converter (MC) und die Stacked Multicell Converter (SMC). Der MC umfasst pro Phase mehrere Zellen mit einem Kondensator und dazugehörigen Halbleiterschaltern, wobei jeweils eine Zelle jeder Phase den Zwischenkreiskondensator und die genannten Halbleiterschalter umfasst. Beim SMC sind pro Phase mehrere Stapel mit der jeweiligen Struktur eines MC vorhanden. Der Aufbau eines MC und eines SMC kann den Figuren 2 und 3 entnommen werden.
  • Beim MC und SMC werden die Gleichspannungsquellen fliegende Kondensatoren genannt.. Fliegend heisst beim MC und SMC, dass das Potential auf welchem sich die Kondensatoren befinden (nicht die Spannung über den Kondensatoren, sondern die Spannung eines Pols der Kondensatoren zum Zwischenkreiskondensator) während dem Betrieb springt. Es sind aber auch Topologien mit erhöhter Anzahl innerer Gleichspannungsquellen denkbar bei welchen keine fliegenden Kondensatoren zum Einsatz kommen
  • Für die Qualität der erzeugten Wechselspannung ist es wichtig, dass die einzelnen Kondensatorspannungen nicht allzu stark von ihrem Bemessungswert abweichen. Bei Feststellung einer Abweichung einer oder mehrerer Kondensatorspannungen von ihrem Bemessungswert sind unverzüglich geeignete Massnahmen zu ergreifen, um die Spannungen wieder auf ihren Bemessungswert zu bringen. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Wahl der Schaltzustände der Halbleiterschalter geschehen. Zur Feststellung einer eventuellen Abweichung einer oder mehrerer Kondensatorspannungen werden bei herkömmlichen MC oder SMC die einzelnen Kondensatorspannungen mit Hilfe von Spannungssensoren gemessen und die gemessenen Werte der Steuerung des Gleichspannungswechselrichters übergeben. Die Anzahl der benötigten Sensoren entspricht dabei der Anzahl im Gleichspannungswechselrichter verwendeter Kondensatoren. Bei einem SMC werden pro Stapel je ein Spannungssensor für den Zwischenkreis und je ein Spannungssensor pro Zelle und Phase benötigt. Ein SMC mit 2 Stapeln mit jeweils 3 Zellen pro Phase kommt somit auf insgesamt vierzehn Spannungssensoren.
    • Kurze Darstellung der Erfindung
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Ermittlung der Kondensatorspannungen aller fliegenden Kondensatoren eines MC/SMC unter Verwendung einer reduzierten Anzahl Spannungssensoren zu schaffen.
  • Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Spannungen der fliegenden Kondensatoren der Zellen der MC/SMC aus den gemessenen Phasenspannungen, den gemessenen Phasenströmen, den gemessenen Zwischenkreisspannungen und den jeweiligen Schaltzuständen der Halbleiterschalter berechnet werden. Erfindungsgemäss werden dadurch keine direkten Messungen der einzelnen Kondensatorspannungen mehr nötig.
  • Beim erfindungsgemässen Verfahren werden in einem ersten Schritt für alle fliegenden Kondensatoren die Kondensatorströme berechnet. Aus diesen Strömen können dann in einem zweiten Schritt durch Integration die zu bestimmenden Kondensatorspannungen errechnet werden. Dabei ist erfindungsgemäss vor der Integration ein Korrekturwert zu berücksichtigen, welcher wiederum aus den gemessenen Werten berechnet wird.
  • Für das obengenannte Beispiel eines SMC mit 2 Stapeln mit jeweils 3 Zellen pro Phase kann dank dem erfindungsgemässen Verfahren die Anzahl benötigter Spannungssensoren von vierzehn auf fünf reduziert werden. Es werden nur noch zwei Spannungssensoren für die Zwischenkreisspannung sowie je einer für die Phasenspannungen benötigt. Dazu kommen noch die Stromsensoren für die Phasenströme.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend wird das erfindungsgemässe Verfahren anhand von Figuren genauer erläutert. Hierbei zeigt
    • Fig. 1
    einen dreiphasigen Multicell Converter mit drei Zellen,
    Fig. 2
    einen dreiphasigen Stacked Multicell Converter mit drei Zellen und zwei Stapeln, und
    Fig. 3
    das Signalflussdiagramm einer Phase des Multizellen-Umrichters nach Fig. 1.
    Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt einen Multicell Converter (MC) mit den drei Phasen 11, 12 und 13 auf der Wechselspannungsseite. Die Wechselspannung jeder Phase wird durch gezieltes Zu- und Abschalten von Kondensatoren als Gleichspannungsquellen erzeugt. Die drei Phasen teilen sich dabei den Zwischenkreiskondensator 16. Zusätzlich weist jede Phase zwei weitere Kondensatoren, die sogenannten fliegenden Kondensatoren 14 auf, so dass die Ausgangspannung jeder Phase aus insgesamt drei Gleichspannungsquellen gebildet werden kann. Um die Kondensatoren in der gewünschten Orientierung zuschalten zu können, weist jeder der Kondensatoren zugeordnete Halbleiterschalter 15 auf. Je ein Kondensator und die dazugehörigen Halbleiterschalter bilden eine sogenannte Zelle 17.
  • Für die erfindungsgemässe Berechnung der Spannungen über den fliegenden Kondensatoren 14 werden die in der Fig. 1 angedeuteten Strom- und Spannungssensoren benötigt. Mit dem Spannungssensor 3 wird die Spannung U3 über dem Zwischenkreiskondensator 16 gemessen. Mit den Spannungssensoren 5, 6 und 7 werden die Phasenspannungen gemessen, zum Beispiel für die erste Phase U5. Mit den Stromsensoren 8, 9 und 10 schliesslich, werden die Phasenströme gemessen, zum Beispiel für die erste Phase I8. Die Spannungen der fliegenden Kondensatoren werden, wie weiter unten detailliert erläutert wird, aufgrund der gemessenen Grössen und der Schaltzustände der Halbleiterschalter 15 berechnet.
  • Fig. 2 zeigt einen Stacked Multicell Converter (SMC) mit wiederum drei Phasen 11, 12 und 13 auf der Wechselspannungsseite. Wie beim MC sind die Phasen aus mehreren Zellen aufgebaut, diese sind jedoch zusätzlich in zwei Stapel 18 unterteilt. Jeder Stapel umfasst einen eigenen Zwischenkreiskondensator 16. Die drei Phasen teilen sich wiederum die Zwischenkreiskondensatoren 16. Zusätzlich weist jede Phase pro Stapel zwei fliegende Kondensatoren 14 auf, so dass die Ausgangspannung jeder Phase aus insgesamt sechs Gleichspannungsquellen gebildet werden kann. Um die Kondensatoren in der gewünschten Orientierung zuschalten zu können, weist jeder der Kondensatoren zugeordnete Halbleiterschalter 15 auf.
  • Das nachfolgend beschriebene, erfindungsgemässe Verfahren kann unabhängig von der Anzahl Zellen und Stapel auf alle "Multicell Converter" und "Stacked Multicell Converter" angewendet werden.
  • Fig. 3 zeigt das Signalflussbild für die erste Phase des Multicell Converter nach Fig. 1. Anhand dieses Signalflussbilds wird nun im Detail auf das erfindungsgemässe Verfahren eingegangen. Auf der linken Seite sind die Eingangssignale des Signalflussdiagramms angeordnet. Die Ausgangssignale des Signalflussdiagramms, die Spannungen 23 der fliegenden Kondensatoren 14 sind auf der rechten Seite angeordnet.
  • Die Schaltzustände 19 aller Halbleiterschalter 15 der entsprechenden Phase werden in eine Tabelle 20 geführt. Die Schaltzustände 19 der Halbleiterschalter 15 beschreiben für jeden Augenblick, ob der entsprechende Schalter Strom führt (Schaltzustand ist 1) oder nicht (Schaltzustand ist 0). Aus den Schaltzuständen 19 wird mit Hilfe der Tabelle 20 für alle fliegenden Kondensatoren 14 und für den Zwischenkreiskondensator 16 bestimmt, mit welchem Vorzeichen 21 sie an der Ausgangsspannungsbildung beteiligt sind.
  • Die für die weitere Berechnung aus der Tabelle ermittelten Vorzeichenmultiplikatoren 21 sind
    • +1 (positiv) wenn der entsprechende Kondensator mit positivem Vorzeichen an der Ausgangsspannungsbildung beteiligt ist,
    • -1 (negativ) wenn der entsprechende Kondensator mit negativem Vorzeichen an der Ausgangsspannungsbildung beteiligt ist, und
    • 0 (null), falls der entsprechende Kondensator nicht an der Ausgangsspannungsbildung beteiligt ist.
  • Aus den Schaltzuständen 19 der Halbleiterschalter 15 und den daraus ermittelten Vorzeichenmultiplikatoren werden durch Multiplikation mit dem negierten Phasenstrom I8 (Signal 24) des Gleichspannungswechselrichters für alle fliegenden Kondensatoren die Kondensatorströme I14 (Signale 29) berechnet.
  • Anschliessend werden aus diesen Strömen durch Integration die Kondensatorspannungen U14 (Signale 23) errechnet. Dies ist eine offene Integration, was bedeutet, dass ohne zusätzliche Massnahmen die so errechneten Kondensatorspannungen aufgrund kleiner Fehler bei der Bestimmung der Kondensatorströme oder der Toleranzen der Kapazitäten der Kondensatoren immer weiter von den tatsächlichen Kondensatorspannungen abweichen können.
  • Um diese Abweichung zu verhindern, werden erfindungsgemäss zu den Kondensatorströmen I14vor der Integration Korrekturterme 28 hinzuaddiert. Die Korrekturterme werden berechnet, indem zuerst die Vorzeichen 21 mit welcher die fliegenden Kondensatoren 14 an der Spannungsbildung beteiligt sind mit den durch die Integratoren 22 berechneten Kondensatorspannungen multipliziert werden und das Vorzeichen mit welchem der Zwischenkreiskondensator 16 an der Spannungsbildung beteiligt ist mit der durch den Spannungssensor 3 gemessenen Zwischenkreisspannung 25 multipliziert werden. Alle so ermittelten Spannungen werden nun zu einer berechneten Phasespannung addiert, welche um so besser mit der realen Phasespannung übereinstimmt, je genauer die Spannungen der fliegenden Kondensatoren 14 durch die Integratoren 22 wiedergegeben werden.
  • Von dieser berechneten Phasenspannung wird nun die effektiv gemessene Phasenspannung 26 subtrahiert. Daraus ergib sich der Phasenspannungsfehler 30. Der Phasenspannungsfehler ist wiederum umso kleiner, je genauer die Spannungen der fliegenden Kondensatoren 14 durch die Integratoren 22 wiedergegeben werden. Der Phasenspannungsfehler 30 kommt nur durch diejenigen Integratoren 22 zustande, welche eine Kondensatorspannung 23 eines gerade an der Spannungsbildung beteiligten Kondensators 14 berechnen. Deshalb wird der mit einem Korrekturfaktor 27 multiplizierte Phasenspannungsfehler 30 mit den Vorzeichen 21 mit welchen die fliegenden Kondensatoren an der Spannungsbildung beteiligt sind multipliziert. Der im Signalflussbild unten rechts angedeutete Korrekturfaktor 27 erlaubt es, zusätzlich die Stärke der hier beschriebenen Fehlerkorrektur zu verändern.
  • Durch die Einführung dieses Korrekturwertes wird sichergestellt, dass die errechneten Kondensatorspannungen, auch bei kleinen Fehlern bei der Bestimmung der Kondensatorströme oder der Toleranzen der Kapazitäten der Kondensatoren 14 , mit hoher Genauigkeit den tatsächlichen Kondensatorspannungen folgen.
  • Nach der Addition der Korrekturterme 28 werden aus den Kondensatorströmen durch Integratoren 22 die Kondensatorspannungen 23 berechnet.
  • Die erfindungsgemässe Berechnung der Spannungen über den fliegenden Kondensatoren kann analog auch bei Active Neutral-Point Clamped Multilevel Converters ("ANPCML") angewandt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 3, 4
    Spannungssensoren für Zwischenkreisspannungen (bspw. U3)
    5, 6, 7
    Spannungssensoren für Phasenspannungen (bspw. U5)
    8, 9, 10
    Stromsensoren für Phasenströme (bspw. I8)
    11, 12, 13
    Phasen
    14
    Fliegende Kondensatoren
    15
    Halbleiterschalter
    16
    Zwischenkreiskondensator
    17
    Zelle
    18
    Stapel
    19
    Schaltzustände der Halbleiterschalter
    20
    Tabelle
    21(14), (16)
    Vorzeichenmultiplikator, Ausgangsspannungsbeteiligung der Fliegenden Kondensatoren (14) und Zwischenkreiskondensatoren (16)
    22
    Integratoren
    23
    Kondensatorspannungen
    24
    Phasenstrom (bspw. I8)
    25
    Zwischenkreisspannungen (bspw. U3)
    26
    Phasenspannung (bspw. U5)
    27
    Korrekturfaktor
    28
    Korrekturterme
    29
    Kondensatorströme
    30
    Phasenspannungsfehler

Claims (2)

  1. Verfahren zum Bestimmen der Spannungen der fliegenden Kondensatoren (14) eines Multicell Converters ("MC") oder eines Stacked Multicell Converters ("SMC") oder eines Active Neutral-Point Clamped Multilevel Converters ("ANPCML"), dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungen aus den Phasenspannungen (26, U5), den Phasenströmen (29, I14), den Zwischenkreisspannungen (25, U3, U4), sowie den Schaltzuständen der Halbleiterschalter (15) des Converters berechnet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrenschritte:
    - aus den Schaltzuständen der Halbleiterschalter (15) werden Vorzeichenmultiplikatoren (21) der fliegenden Kondensatoren (14) und der Zwischenkreiskondensatoren (16) bestimmt, wobei der Vorzeichenmultiplikator eines Kondensators, der jeweiligen Beteiligung dieses Kondensators an der Ausgangsspannungsbildung entsprechend, "positiv", "negativ" oder "null" ist,
    - die Ströme (29, I14) durch die fliegenden Kondensatoren (14) werden durch Multiplizieren der Vorzeichenmultiplikatoren (21) der Ausgangsspannungsbeteiligung der fliegenden Kondensatoren (14) mit dem mittels einem Stromsensor (8) gemessenen Phasenstrom (24, I8) berechnet, und
    - aus den Strömen durch die fliegenden Kondensatoren (29, I14) werden durch Integration die Spannungen (23, U14) der fliegenden Kondensatoren (14) berechnet, wobei
    - zu den Strömen durch die fliegenden Kondensatoren (29, l14) vor der Integration Korrekturterme (28) addiert werden,
    - wobei die Korrekturterme (28) jeweils aus dem Produkt der Differenz einer gemessenen Phasenspannung (26, U5) und einer berechneten Phasenspannung und den Vorzeichenmultiplikatoren (21) der fliegenden Kondensatoren (14) berechnet werden,
    - wobei die berechnete Phasenspannung (26, U5) aus der Summe aller mit den jeweiligen Vorzeichenmultiplikatoren (21) der fliegenden Kondensatoren (14) multiplizierten aufintegrierten Phasenströmen und der mit den jeweiligen Vorzeichenmultiplikatoren (21) der Zwischenkreiskondensatoren (16) multiplizierten gemessenen Zwischenkreisspannung (25, U3) bestimmt wird.
EP05405429A 2005-07-08 2005-07-08 Spannungsbestimmung Withdrawn EP1742342A1 (de)

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